Gia công áp lực, quy trình chế tạo phanh đĩa xe máy

 

Mô tả đồ án: Gồm các file như ảnh trên bao gồm tất cả các file 3D, xuất bản vẽ ra PDF, CAD, video mô phỏng cấu tạo + nguyên lý hoạt động+ THuyết minh

Giá:400.000vnđ – Mã số: doantotnghiep.me_CTM00000434
Tải đồ án

Chương I. Tổng quan về công nghệ gia công áp lực

1.1. Khái niệm, đặc điểm công nghệ gia công áp lực

Với những thành tựu và sự phát triển trong nghiên cứu các quá trình tạo hình kim loại nói chung và cho kim loại tấm nói riêng hiện nay trên thế giới, được áp dụng trong việc tạo ra các sản phẩm không những có hình dạng phức tạp mà còn có độ chính xác với chất lượng cao, đáp ứng được nhu cầu lớn cho lĩnh vực kỹ thuật- sản xuất khác nhau và cho đời sống xã hội. Các sản phẩm tạo ra từ vật liệu kim loại tấm rất đa dạng và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực thực tế như đồ gia dụng, nắp, vỏ bảo vệ các thiết bị điện-điện tử, tạo khung, ống, bồn chứa…, đặc biệt, chúng được ứng dụng trong và nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực hàng không-vũ trụ và phương tiện giao thông trong đó với ứng dụng chủ yếu là các nắp vỏ, khung của thiết bị làm việc với vận tốc cao và áp lực va chạm lớn.

Gia công áp lực là một trong những phương pháp cơ bản để chế tạo các chi tiết máy và sản phẩm kim loại thay thế cho phương pháp đúc hoặc gia công cắt gọt.

Gia công áp lực được thực hiện bằng cách dùng ngoại lực tác dụng lên kim loại ở trạng thái nóng hoặc nguội làm cho kim loại đạt đến trạng thái quá giới hạn đàn hồi, kết thúc quá trình biến dạng sẽ làm cho hình dạng của vật thể kim loại biến đổi mà không phá hủy tính liên tục và độ bền của chúng.

1.2. Đặc điểm

Kim loại gia công ở thể rắn, sau khi gia công, không những làm thay đổi hình dáng, kích thước mà còn thay đổi cả cơ – lý – hóa tính của kim loại như kim loại mịn chặt hơn, hạt đồng đều, khử các khuyết tật (rỗ khí, rỗ co, v.v…) do đúc gây nên, nâng cao cơ tính và tuổi bền chi tiết v.v…

1.3. Các phương pháp gia công áp lực

Các phương pháp gia công áp lực bao gồm: cán, kéo sợi, ép kim loại, rèn tự do, rèn khuôn, dập tấm. Sản phẩm của gia công áp lực được dùng nhiều trong các xưởng cơ khí; chế tạo hoặc sửa chữa chi tiết máy; trong các ngành xây dựng; kiến trúc; cầu đường; đồ dùng hàng ngày,… Tính khối lượng chi tiết rèn, dập trong ngành chế tạo máy bay chiếm đến 90%, ngành ôtô chiếm 80%, ngành máy hơi nước chiếm 60%.

 

Hình 1.1: Hai bộ khuôn dập vuốt được chế tạo và lắp ghép hoàn chỉnh

Tham khảo tại website: http://www.davistar.com.vn/home/html/

 

Hình 1.2: Một bộ khuôn dập được thiết kế bằng phần mềm

Tham khảo tại website: http://www.upviet.com.vn

 

 

 

 

Chương II. Tổng quan về khuôn dập nguội

2.1. Khái niệm

Khuôn dập nguội là loại khuôn chuyên dùng để biến dạng vật liệu (kim loại) ở trạng thái nguội. có nhiều loại khuôn dập nguội: đột dập, dập vuốt, dập sâu, khuôn kéo, chuốt sợi…..Sản phẩm của khuôn dập nguội rất đa dạng và phong phú bao gồm những vật dụng trong cuộc sống như chậu rửa mặt, nồi, chảo, đồ dùng y tế, các sản phẩm trong công nghiệp như các chi tiết trong xe máy….

Khuôn dập nguội có nhiều kiểu loại khuôn đa dạng tùy vào mục đích sản xuất sản phẩm.Thường có những loại khuôn như khuôn đột dập, khuôn dập vuốt, khuôn dập sâu…

Ưu điểm: Công nghệ áp lực sử dụng công cụ là các khuôn dập có khả năng tạo ra các chi tiết không cần gia công cắt gọt tiếp theo, giảm lượng hao phí kim loại, giảm thời gian chế tạo chi tiết.

2.2. Phân loại

Phân loại theo sản phẩm chế tạo người ta chia ra làm 2 loại là khuôn dập thể tích (khuôn dập khối) và khuôn dập tấm.

2.2.1. Khuôn dập thể tích

Dập thể tích là phương pháp biến dạng kim loại trong lòng khuôn dập có hình dạng và kích thước của chi tiết cần chế tạo.

Khuôn dập thể tích được phân loại theo các yếu tố sau:

• Theo trạng thái nhiệt của phôi: gồm khuôn dập nóng và khuôn dập nguội.


• Theo kết cấu lòng khuôn: gồm có khuôn dập hở và khuôn dập kín.


• Theo cách bố trí lòng khuôn trên khối khuôn: theo cách này có dập trong khuôn một lòng khuôn và dập trong khuôn nhiều lòng khuôn.


• Theo thiết bị gia công:

+ Rèn khuôn trên búa máy;

+ Dập khuôn trên máy ép trục khuỷu;

+ Rèn khuôn trên máy ép dập nóng hay máy ép rèn ngang;

+ Dập khuôn trên các thiết bị chuyên dụng;

Ưu điểm của dập thể tích: vật dập có độ chính xác và độ bóng bề mặt cao, tiết kiệm kim loại…

Nhược điểm của dập thể tích: bộ khuôn phức tạp, đắt tiền, một bộ khuôn chỉ dập được một loại chi tiết…

2.2.2. Khuôn dập tấm

·  Khái niệm dập tấm

Dập tấm là một phần của quá trình công nghệ bao gồm nhiều nguyên công công nghệ khác nhau nhằm làm biến dạng kim loại tấm (băng hoặc dải) để nhận được các chi tiết có hình dạng và kích thước cần thiết với sự thay đổi không đáng kể chiều dày của vật liệu và không có phế liệu ở dạng phoi.

Dập tấm thường được thực hiện với phôi ở trạng thái nguội (nên còn được gọi là dập nguội) khi chiều dày của phôi nhỏ (thường S £ 4 mm) hoặc có thể phải dập với phôi ở trạng thái nóng khi chiều dày của vật liệu lớn.

• Ưu điểm của sản xuất dập tấm:

– Có thể thực hiện những công việc phức tạp bằng những động tác đơn giản của thiết bị và khuôn.

– Có thể chế tạo những chi tiết rất phức tạp mà các phương pháp gia công kim loại khác không thể hoặc rất khó khăn.

– Độ chính xác của các chi tiết dập tấm tương đối cao, đảm bảo lắp lẫn tốt, không cần qua gia công cơ.

– Kết cấu của chi tiết dập tấm cứng vững, bền nhẹ, mức độ hao phí kim loại không lớn.

– Tiết kiệm nguyên vật liệu, thuận lợi cho quá trình cơ khí hoá và tự động hoá do đó năng suất lao động cao, hạ giá thành sản phẩm.

– Quá trình thao tác đơn giản, không cần thợ bậc cao do đó giảm chi phí đào tạo và quĩ lương.

– Dạng sản xuất thường là loạt lớn và hàng khối do đó hạ giá thành sản phẩm.

– Tận dụng được phế liệu, hệ số sử dụng vật liệu cao.

– Có thể gia công những vật phi kim như: Techtolit, hêtinac, và các loại chất dẻo.

·  Phân loại khuôn

Kết cấu khuôn tùy thuộc vật liệu phôi ban đầu (tấm, dải hoặc băng), phụ thuộc vào nguyên công thực hiện, hình dáng, kích thước yêu cầu của chi tiết dập, độ chính xác kích thước yêu cầu và loạt sản xuất… vì thế khuôn để dập tấm được phân loại theo một số đặc điểm sau:

– Theo đặc điểm công nghệ: theo các dấu hiệu về công nghệ, khuôn được chia ra làm những nhóm điển hình theo loại nguyên công cần thực hiện. Ví dụ như khuôn cắt hình, khuôn đột lỗ, khuôn uốn, khuôn dập vuốt,…

– Theo đặc điểm kết cấu: theo các dấu hiệu về kết cấu, khuôn được chia ra làm hai nhóm là khuôn có bộ phận dẫn hướng và khuôn không có bộ phận dẫn hướng.

– Theo đặc điểm sử dụng: khuôn được phân loại theo phương pháp đưa phôi vào và đặt phôi, phương pháp lấy chi tiết ra khỏi khuôn, phương pháp cắt bỏ phần lượng dư.

Dưới đây là một số hình ảnh về khuôn dập nguội:

 

 

 

Hình 2.1. Hình ảnh của khuôn dập nguội

Tham khảo tại website http://www.1000thuonghieu.com/?view=company&comid=54254&activetab=3&pid=3778#

Hình 2.2. Khuôn và sản phẩm dập vuốt

Tham khảo tại website http://www.cokhicongnghiep.com

Chương III. Các loại vật liệu dùng trong chế tạo khuôn dập và chi tiết dập

Vật liệu phổ biến được dùng trong chế tạo khuôn dập nguội là thép cacbon và thép hợp kim với nhiều loại mác thép khác nhau.

3.1. Thép cacbon

3.1.1. Khái niệm

Thép cacbon hay thép thường, được dùng rất phổ biến trong đời sống cũng

như trong kỹ thuật, nó chiếm tỷ trọng rất lớn (tới 80 90%) trong tổng sản lượng

thép.

3.1.2. Thành phần hóa học

Như để nói thép là hợp kim sắt – cacbon với lượng cacbon nhỏ hơn 2,14%

với đặc tính là có tính dẻo nên có thể cán nóng được (do khi nung nóng lên nhiệt

độ cao có tổ chức hoàn toàn austenit – dung dịch rắn với mạng A1, rất dẻo). Song

trong thực tế thép không chỉ là hợp kim sắt với cacbon mà còn với nhiều nguyên tố khác. Do yêu cầu thông thường của công nghệ luyện kim, nhiều nguyên tố đã đi vào thành phần của thép mà không cần phải khử bỏ đi do có lợi hoặc không cần phải khử bỏ triệt để mặc dù có hại do quá tốn kém không cần thiết.

Thép cacbon là thép thông thường (thép thường), ngoài cacbon ra còn chứa

một số nguyên tố với hàm lượng giới hạn mà trong thép nào cũng có, chúng được gọi là tạp chất thường có hay chất lẫn vì không phải do cố ý đưa vào. Trong số các tạp chất có một số có lợi và một số có hại. Hãy xem xét các nguyên tố đó.

Tạp chất có lợi: mangan và silic

Bất kỳ thép nào dù đơn giản đến đâu cũng có mangan và silic với lượng

không vượt quá 1%, chúng đi vào thành phần của thép là do:

– Quặng sắt có lẫn các hợp chất (khoáng vật) khác như ôxyt mangan, ôxyt

silic, trong quá trình luyện gang chúng bị hoàn nguyên (MnO → Mn, SiO2 → Si) đi vào gang rồi vào thép.

– Khi luyện thép phải dùng ferô mangan và ferô silic để khử ôxy, phần không tác dụng hết với ôxy sẽ đi vào thành phần của thép (ferô là loại hợp kim trung gian, dễ luyện vì có nhiệt độ chảy tương đối thấp, là nguyên liệu để pha chế, sử dụng trong quá trình luyện kim; nó chứa sắt, cacbon (> 1%) và lượng lớn nguyên tố hợp kim tương ứng. Ví dụ ferô mangan 80 là loại có khoảng 80%Mn).

Trong các điều kiện thông thường của quá trình luyện, các thép đều có chứa

≤ 0,80%Mn, ≤ 0,40%Si. Chúng là các nguyên tố có ích, có tác dụng tốt đến cơ

tính: nâng cao độ cứng, độ bền (cũng làm giảm độ dẻo, độ dai), song với lượng ít

như vậy không có ảnh hưởng đáng kể đến cơ tính của thép cacbon.

Tạp chất có hại: phôtpho và lưu huỳnh

Hai nguyên tố này đi vào thành phần của gang và thép qua con đường quặng sắt và nhiên liệu (than coke khi luyện gang). Chúng làm thép giòn do đó phải được khử bỏ đến giới hạn cho phép, song thông thường cao nhất cũng không được vượt quá 0,05% cho mỗi nguyên tố.

Vậy thép nào ngoài sắt ra cũng đều có chứa:

C ≤ 2,14%, Mn ≤ 0,80%,   Si ≤ 0,40%, P ≤ 0,050%,   S ≤ 0,050%.

Đó cũng là thành phần hóa học cơ bản của thép cacbon hay thép thường.

• Các tạp chất khác.

Ngoài phôtpho và lưu huỳnh, trong thép cũng luôn chứa các nguyên tố

hyđrô, ôxy, nitơ do chúng hòa tan vào thép lỏng từ khí quyển của lò luyện. Chúng đặc biệt có hại vì làm thép không đồng nhất về tổ chức (gây tập trung ứng suất) và giòn (riêng nitơ có tính hai mặt sẽ trình bày sau) song với lượng chứa quá nhỏ (ví dụ: 0,006 0,008% đối với ôxy) nên rất khó phân tích, do vậy thường “giấu mặt” trong bảng thành phần nên được gọi là tạp chất ẩn náu.

Đặc trưng của công nghiệp luyện kim hiện đại là sử dụng lại (tái chế) ngày

càng nhiều với tỷ lệ cao thép, gang và hợp kim phế liệu mà trong đó có một phần

là loại chứa các nguyên tố có lợi (nguyên tố hợp kim). Do vậy ngay trong thép

cacbon luyện ra cũng có thể chứa hàm lượng thấp các nguyên tố sau:

– Crôm, niken, đồng ≤ 0,30% cho mỗi nguyên tố song tổng lượng của chúng

không được vượt quá 0,50%.

– Vonfram, môlipđen, titan ≤ 0,05% cho mỗi nguyên tố. Đáng chú ý xu thế này ngày một mạnh nên hàm lượng cho phép của các nguyên tố trên trong thép thường cũng tăng lên.Song dù như vậy người ta vẫn chỉ coi chúng là tạp chất (chất lẫn vào) vì:

– Không cố ý đưa vào,

– Với lượng ít như vậy, chúng không có ảnh hưởng đáng kể đến tổ chức và cơ tính của hợp kim Fe – C, về cơ bản thép tạo thành có tổ chức phù hợp với giản đồ pha Fe – C.

Sau đây xét ảnh hưởng của năm nguyên tố thường gặp nhất trong thép

cacbon.

3.1.3. Phân loại thép cacbon

Có nhiều cách phân loại thép cacbon mà mỗi cách cho biết một đặc trưng

riêng biệt cần để ý để sử dụng thép được tốt hơn.

Theo độ sạch tạp chất có hại và phương pháp luyện

Rõ ràng là thép càng ít tạp chất có hại (P, S) và các khí (H, O, N) có độ dẻo,

độ dai càng cao tức có cơ tính tổng hợp cao, chất lượng càng cao. Các phương

pháp luyện thép khác nhau có khả năng loại trừ tạp chất có hại khác nhau này ở

các mức cao thấp khác nhau do đó tạo cho thép chất lượng tốt, xấu khác nhau. Có nhiều phương pháp luyện thép song cho đến hiện nay trên thế giới chỉ còn tồn tại ba phương pháp chính là lò mactanh, lò điện hồ quang và lò thổi ôxy từ đỉnh (lò L- D) (nước ta chỉ bằng lò điện hồ quang), ngoài ra còn các phương pháp làm sạch tạp chất ngoài lò.

Theo mức độ sạch tạp chất từ thấp đến cao có các mức chất lượng sau.

– Chất lượng thường, lượng P, S chỉ được khử đến mức 0,050% (hay cao hơn một chút) cho mỗi nguyên tố. Phương pháp luyện thép L-D thường chỉ đạt được cấp chất lượng này mặc dầu nó cho năng suất rất cao và giá thành thép rẻ. Cấp chất lượng này thường chỉ áp dụng cho nhóm thép có yêu cầu không cao như một số thép xây dựng thông dụng.

– Chất lượng tốt, lượng P, S được khử đến mức 0,040% cho mỗi nguyên tố.

Phương pháp luyện thép bằng lò mactanh và lò điện hồ quang dễ dàng đạt được

cấp chất lượng này. Cấp chất lượng này thường áp dụng cho các nhóm thép dùng

trong chế tạo máy thông dụng, tức có yêu cầu cao hơn.

– Chất lượng cao, lượng P, S được khử khá cẩn thận, đến mức 0,030% cho

mỗi nguyên tố. Với các biện pháp kỹ thuật bổ sung (dùng chất khử mạnh, tuyển

chọn nguyên liệu vào…) vẫn có thể đạt được cấp chất lượng này bằng phương pháp luyện thép trong lò điện hồ quang.

– Chất lượng rất cao, lượng P, S được khử ở mức triệt để nhất: 0,020% cho

mỗi nguyên tố. Chỉ với các lò điện hồ quang không thể đạt được giới hạn này.

Thép sau khi luyện ở lò này được tinh luyện tiếp tục: khử tạp chất ở ngoài lò bằng xỉ tổng hợp, bằng điện xỉ. Ngoài ra để giảm tối đa lượng khí chứa trong thép người ta phải áp dụng đúc rót thép trong chân không.

Các thép cacbon có thể được cung cấp ở ba cấp chất lượng: thường, tốt và

cao (ít gặp). Các thép hợp kim không có cấp chất lượng thường, chỉ có các cấp: tốt, cao và rất cao. Thép xây dựng thường chỉ yêu cầu chất lượng thường, trong khi đó thép chế tạo máy phải có chất lượng từ tốt trở lên. Riêng thép làm ổ lăn phải đạt cấp chất lượng rất cao.

Theo phương pháp khử ôxy

Theo mức độ khử ôxy có triệt để hay không người ta chia ra hai loại thép sôi và thép lặng.

Thép sôi là loại không được khử ôxy triệt để, tức chỉ bằng chất khử không

mạnh là ferô mangan, nên trong thép lỏng vẫn còn FeO và do đó có phản ứng:

FeO + C     → Fe + CO↑

Khí CO bay lên làm mặt thép lỏng chuyển động như thể bị “sôi” vậy (nên có tên là thép sôi) và tạo ra bọt (rỗ) khí trong thỏi đúc. Khi cán nóng tiếp theo phần lớn bọt khí được hàn kín lại (chú ý là vỏ bọc khí nằm trong thỏi đúc, không tiếp xúc với không khí nếu không lưu kho quá lâu sẽ chưa bị ôxy hóa nên các nguyên tử sắt dễ khuếch tán, hàn kín lại khi cán nóng) nên nói chung không ảnh hưởng xấu đến cơ tính của thép đ∙ qua biến dạng nóng. Các đặc điểm của thép sôi là:

– Do không được khử bằng ferô silic nên chứa rất ít silic, thường là ≤ 0,05

0,07%, nên ferit của thép rất mềm và dẻo, rất dễ dập nguội.

– Không cho phép dùng thép sôi để chế tạo các vật đúc định hình vì các rỗ

khí làm giảm mật độ, tập trung ứng suất gây ảnh hưởng rất xấu đến cơ tính,

– Không cho phép dùng thép sôi để làm các kết cấu hàn chảy, do trong thép

vẫn còn ôxy (FeO) nên khi chảy lỏng phản ứng tạo CO lại xảy ra, mối hàn chứa

nhiều bọt khí.

– Không cho phép dùng thép sôi để làm chi tiết thấm cacbon do không được

khử ôxy triệt để nên thuộc loại thép hạt bản chất lớn.

Thép lặng là loại được khử ôxy triệt để bằng cả ferô mangan lẫn ferô silic là

chất khử mạnh và nhôm, nên trong thép lỏng không xảy ra phản ứng trên, mặt thép lỏng luôn “phẳng lặng” (nên có tên là thép lặng). Các đặc điểm của thép lặng là:

– Do được khử bằng ferô silic nên chứa một lượng nhất định silic, thường

trong khoảng 0,15 ữ 0,35%, vì thế ferit của thép cứng và bền hơn, khó dập nguội

hơn,

– Trong tổ chức không có rỗ khí nên có cấu trúc xít chặt hơn, có cơ tính cao

hơn thép sôi, các vật đúc bằng thép phải được chế tạo bằng thép lặng, tuy nhiên

lõm co trong thép lặng khá lớn (phần này phải cắt bỏ đi làm giảm hiệu quả kinh

tế).

-Trong các kết cấu hàn chảy chỉ được phép dùng thép lặng, các chi tiết thấm cacbon chỉ được làm bằng thép lặng.

Do các đặc tính trội hơn thép sôi, thép lặng được sử dụng rộng rãi hơn. Nằm trung gian giữa hai thép trên là thép nửa lặng, nó chỉ được khử ôxy bằng ferô mangan và nhôm. Tính chất của nó nằm trung gian giữa thép sôi và thép

lặng. Tuy xuất hiện sau song thép nửa lặng có khuynh hướng thay thế cho thép sôi.

Thép hợp kim chỉ có loại thép lặng, song thép cacbon có thể ở cả ba loại:

sôi, lặng và nửa lặng.

Theo mục đích sử dụng hay theo công dụng có thể chia thép cacbon thành

hai nhóm thép kết cấu và thép dụng cụ.

Thép kết cấu là loại được dùng làm các kết cấu, chi tiết chịu tải (lực) do đó

ngoài yêu cầu về độ bền bảo đảm còn cần phải có đủ độ dẻo, độ dai yêu cầu tức là cơ tính tổng hợp. Đây là nhóm thép được sử dụng thường xuyên nhất với khối

lượng lớn nhất. Trong nhóm này còn có thể phân tiếp thành hai nhóm nhỏ hơn là

xây dựng và chế tạo máy:

– Thép xây dựng là loại chủ yếu được dùng trong xây dựng để làm các kết

cấu thép dưới dạng các thanh dài, tấm rộng ghép lại, chúng đòi hỏi cơ tính tổng

hợp song không cao. Thép xây dựng tuy có cần bền song phải có độ dẻo cao để dễ uốn khi lắp ghép và độ dai cao để khó bị phá hủy giòn, có tính hàn tốt.

– Thép chế tạo máy đòi hỏi cơ tính tổng hợp ở mức độ cao hơn nên nói

chung đòi hỏi chất lượng cao hơn, đặc biệt là độ bền phải cao trong khi vẫn phải

bảo đảm tốt độ dẻo, độ dai.

Thép dụng cụ là loại chỉ chuyên dùng làm công cụ nên có yêu cầu chủ yếu

là cứng và chống mài mòn.

Trong thực tế người ta sử dụng tất cả các cách phân loại trên.

 

3.1.4. Ưu nhược điểm của thép cacbon

• Ưu điểm

Thép cacbon được dùng rất rộng r∙i trong kỹ thuật nói chung và chế tạo máy

vì ba ưu điểm sau:

1) Rẻ, dễ kiếm không phải dùng các nguyên tố hợp kim đắt tiền.

2) Có cơ tính tổng hợp nhất định phù hợp với các điều kiện thông dụng.

3) Có tính công nghệ tốt: dễ đúc, cán, rèn, kéo sợi, hàn, gia công cắt (so với

thép hợp kim).

• Nhược điểm

Thép cacbon cũng có nhiều nhược điểm, trong đó đáng chú ý nhất là:

1) Độ thấm tôi thấp nên hiệu quả hóa bền bằng nhiệt luyện tôi + ram không

cao, do đó ảnh hưởng xấu đến độ bền, đặc biệt đối với tiết diện lớn.

2) Tính chịu nhiệt độ cao kém: khi nung nóng độ bền cao của trạng thái tôi

giảm đi nhanh chóng do mactenxit bị phân hóa ở trên 200⁰ C, ở trên 570⁰ C bị ôxy

hóa mạnh.

3) Không có các tính chất vật lý hóa học đặc biệt như: cứng nóng, chống ăn

mòn.

Các thép hợp kim tránh được các nhược điểm này.

Do vậy trong thực tế thép cacbon được dùng làm các chi tiết với mặt cắt

ngang nhỏ, hình dạng đơn giản, chịu tải trọng nhẹ và vừa phải, làm việc ở nhiệt độ thường; trong khi đó các thép hợp kim được dùng cho các trường hợp ngược lại.

3.2. Thép hợp kim

3.2.1. Khái niệm

Thép hợp kim là thép (với thành phần chính là sắt và cacbon) được nấu pha trộn với các nguyên tố hoá học khác (đồng, mangan, niken,…) với tổng lượng nguyên tố thêm vào nằm khoảng từ 1,0% đến 50% tổng khối lượng hỗn hợp để cải thiện chất lượng thép thành phẩm. Tuỳ theo số lượng khác nhau của các nguyên tố và tỷ lệ của chúng trong thép mà thay đổi độ cứng, độ đàn hồi, tính dễ uốn, sức bền và khả năng chống oxy hoá của thép thành phẩm.

3.2.2. Thành phần hóa học

Khác với thép cacbon, thép hợp kim là loại thép mà người ta cố ý đưa thêm vào (không phải do yêu cầu thông thường của công nghệ luyện kim) các nguyên tố có lợi với lượng đủ lớn để làm thay đổi tổ chức và cải thiện tính chất (cơ, lý, hóa).

Các nguyên tố có lợi được đưa vào một cách đặc biệt với lượng đủ lớn như vậy được gọi là nguyên tố hợp kim, chúng bao gồm các nguyên tố với hàm lượng lớn hơn các giới hạn cho từng nguyên tố (không có giá trị chung cho mọi nguyên tố) như sau:

Mn ≥ 0,80 – 1,00%, Si ≥ 0,50 – 0,80%, Cr ≥ 0,50 – 0,80%,

Ni ≥ 0,50 – 0,80%, W ≥ 0,10 – 0,50%, Mo ≥ 0,05 – 0,20%,

Ti ≥ 0,10%, Cu ≥ 0,30, B ≥ 0,0005%.

Nhỏ hơn giới hạn dưới kể trên được coi là tạp chất. Tuy nhiên các giới hạn trên cũng chỉ là quy ước và không cứng nhắc một cách quá chặt chẽ.

Thép hợp kim là loại có chất lượng từ tốt trở lên nên chứa ít và rất ít các tạp chất có hại.

 

3.2.3. Phân loại thép hợp kim

Đối với thép hợp kim có nhiều cách phân loại hơn và mỗi loại cũng cho biết một đặc trưng cần biết để sử dụng tốt hơn.

a) Theo tổ chức cân bằng

Theo tổ chức cân bằng (ở trạng thái ủ), với lượng cacbon tăng dần có thể lần lượt được các thép với tổ chức sau:

– Thép trước cùng tích: peclit + ferit tự do.

– Thép cùng tích: peclit.

– Thép sau cùng tích: peclit + cacbit tự do.

– Thép lêđêburit (cacbit): có lêđêburit.

Riêng trường hợp thép được hợp kim hóa cao chủ yếu bằng một trong hai nguyên tố Cr, Mn hay Cr – Ni, sẽ có:

– Thép ferit: loại có Cr rất cao (> 17%) và thường rất ít cacbon.

– Thép austenit: loại có Mn cao (> 13%) và thường có cacbon cao, và loại có Cr (> 18%) + Ni (>8%).

b) Theo tổ chức thường hóa

Theo tổ chức thường hóa các mẫu nhỏ ф25, theo lượng nguyên tố hợp kim tăng lên sẽ có các thép sau đây (hình 5.6):

– Thép họ peclit: loại hợp kim thấp, đường cong chữ “C” sát trục tung, nguội trong không khí được hỗn hợp ferit-xêmentit tức peclit, xoocbit, trôxtit; phần lớn thép thuộc loại này.

Hình 5.6. Tổ chức sau khi thường hóa của các thép với lượng hợp kim tăng dần: a. peclit, b. mactenxit, c. austenit.

– Thép họ mactenxit: loại hợp kim hóa trung bình (> 4 – 6%) và cao, đường cong chữ “C” dịch sang phải khá mạnh, nguội trong không khí cũng được mactenxit.

– Thép họ austenit: loại có chứa Cr cao và Ni cao (> 8%) hoặc Mn (> 13%) cao, chúng mở rộng khu vực γ và hạ thấp điểm Ms (< 0oC) nên làm nguội trong không khí (chỉ đến nhiệt độ thường, cao hơn Ms) cũng không có chuyển biến gì, giữ nguyên tổ chức austenit.

Cách phân loại này cho biết tổ chức của thép ở trạng thái cung cấp (sau cán nóng làm nguội trong không khí).

c) Theo nguyên tố hợp kim

Dựa vào tên nguyên tố hợp kim chính đưa vào để gọi, như:

– Thép chỉ có một nguyên tố hợp kim chính như Cr, Mn được lần lượt gọi là thép crôm, thép mangan, chúng là các thép hợp kim (hóa) đơn giản.

– Thép có hai hay nhiều nguyên tố hợp kim như Cr – Ni, Cr – Ni – Mo được lần lượt gọi là thép crôm – niken, thép crôm – niken – môlipđen, chúng là các thép hợp kim (hóa) phức tạp.

d) Theo tổng lượng nguyên tố hợp kim

Theo tổng (hàm) lượng của các nguyên tố hợp kim có trong thép từ thấp đến cao, người ta chia ra:

– Thép hợp kim thấp: loại có tổng lượng < 2,5% (thường là thép peclit).

– Thép hợp kim trung bình: loại có tổng lượng từ 2,5 đến 10% (thường là thép họ từ peclit đến mactenxit).

– Thép hợp kim cao: loại có tổng lượng >10% (thường là họ mactenxit hay austenit)

Trong sách này dùng theo cách phân loại trên đã quen thuộc ở nước ta, theo ΓOCT. Tuy nhiên các nước trên thế giới quan niệm hợp kim hóa cao thấp không giống nhau. Trung Quốc cũng có ba loại như trên song ranh giới giữa thấp và trung bình là 5% chứ không phải là 2,5%. Các nước Tây Âu chỉ phân biệt hai loại thấp và cao, trong đó hợp kim thấp là loại không chứa nguyên tố hợp kim nào nhiều hơn 5%, còn hợp kim cao là loại có ít nhất một nguyên tố nhiều hơn 5%.

e) Theo công dụng

Theo công dụng người ta chia thép hợp kim ra làm ba nhóm:

– Thép hợp kim kết cấu.

– Thép hợp kim dụng cụ và

– Thép hợp kim đặc biệt.

Trong đó hai nhóm đầu cũng có trong loại thép cacbon, còn nhóm thứ ba thì không có. Đây là nhóm với tính chất vật lý – hóa học đặc biệt, thường chứa tổng lượng hợp kim cao và rất cao (>20%).

Các cách phân loại trên thường có quan hệ với nhau và cho biết một số đặc trưng của thép. Thép austenit, ferit bao giờ cũng là loại thép đặc biệt, hợp kim cao hoặc rất cao, đắt và khó gia công cắt. Thép mactenxit là loại thép rất dễ tôi song rất khó gia công cắt phôi ở trạng thái cung cấp. Thép lêđêburit bao giờ cũng thuộc nhóm hợp kim cao – cacbon cao, rất cứng để làm dụng cụ. Thép Cr – Ni bao giờ cũng là thép kết cấu quý vì có độ thấm tôi cao và độ dai tốt…

3.2. 4. Ưu nhược điểm của thép hợp kim

• Ưu điểm

Do một số yếu tố mà chủ yếu là do tính thấm tôi cao hơn nên thép hợp kim có độ bền cao hơn hẳn so với thép cacbon, điều này thể hiện đặc biệt rõ ràng ở thép sau khi tôi + ram.

- Tính chịu nhiệt độ cao

Các nguyên tố hợp kim cản trở sự khuếch tán của cacbon do đó làm mactenxit khó phân hóa và cacbit khó kết tụ ở nhiệt độ cao hơn 200oC, do vậy tại các nhiệt độ này thép hợp kim bền hơn. Một số thép hợp kim với lớp vảy ôxyt tạo thành ở nhiệt độ cao khá xít chặt, có tính bảo vệ tốt.

- Tính chất vật lý, hóa học đặc biệt

Bằng cách đưa vào thép các nguyên tố khác nhau với lượng lớn quy định có thể tạo ra cho thép các tính chất đặc biệt:

+ Không gỉ, chống ăn mòn trong axit, bazơ, muối.

+ Từ tính đặc biệt hoặc không có từ tính.

+ Giãn nở nhiệt đặc biệt…

 

• Nhược điểm

Mặc dầu có ưu điểm về độ bền, nói chung thép hợp kim có tính công nghệ kém hơn thép cacbon (trừ tính thấm tôi).

Chương IV. Phân tích đặc tính kỹ thuật của chi tiết đĩa phanh xe máy

4.1. Công dụng và cấu tạo

4.1.1. Công dụng

Chi tiết đĩa phanh xe máy là một trong những chi tiết quan trọng trong xe máy, nõ cùng các chi tiết khác trong cụm phanh đĩa đóng vai trò hãm tốc độ của xe máy khi đang chuyển động khi cần.

4.1.2. Cấu tạo

Chi tiết đĩa phanh xe máy có cấu tạo cơ bản là một chi tiết dạng đĩa bằng thép hợp kim.

Trên các đĩa phanh của xe máy, có khoan nhiều lỗ, vị trí đều nhau có tác dụng:

– Tăng ma sát giữa bố phanh và đĩa.

– Tăng khả năng tự làm mát, vì khi có ma sát đĩa sẽ rất nóng.

– Khả năng tự nhả phanh khi không thắng nữa, không khí sẽ luồn vào giữa má phanh và đĩa giúp cho má phanh nhả ra. Tránh được hiện tượng kẹt phanh, gây mất an toàn và nhanh mòn bố.

– Ngoài ra, các lỗ cũng có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất bám vào bố phanh…

 

 

Hình 4.1. Mô hình đĩa phanh xe máy FUTURE 125 thiết kế trên phần mềm Inventor 2011

Hình 4.2. Bản vẽ chi tiết đĩa phanh

 

4.2. Chọn vật liệu chế tạo chi tiết

Nhận xét: Chi tiết đĩa phanh xe máy làm việc trong điều kiện ma sát lớn, có tác dụng lực đột ngột khi phanh hãm, nhiệt sinh lớn…Để đáp ứng điều kiện làm việc và chức năng của sản phẩm, ta chọn vật liệu chế tạo chi tiết là thép hợp kim chịu nhiệt và chống mài mòn cao JFE410DB-ER. Thành phần hóa học của vật liệu được cho trong bảng dưới đây:

C	Si	Mn	Cr	N	Nb
0,05	0,3	1,5	12,3	0,04	0,13

 

4.3. Phân tích phương pháp gia công chi tiết

Chi tiết đĩa phanh xe máy được gia công theo các bước sau:

– Bước 1: Pha băng, cắt hình

– Bước 2: Đột lỗ

– Bước 3: Dập vuốt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Chương V. Thiết kế khuôn dập chi tiết đĩa phanh xe máy

5.1. Tính toán hình dạng kích thước phôi và lực dập công nghệ

5.1.1. Tính toán hình dạng kích thước phôi

Phôi để dập vuốt những chi tiết tròn xoay phải có dạng hình tròn, bởi vậy xác định kích thước phôi là xác định đường kính D và chiều dày vật liệu S.

Sử dụng phương pháp cân bằng diện tích để tính.

Theo công thức và hình 2 – trang 248 – Tài liệu sổ tay thiết kế khuôn dập:

Theo đó:

 

 

 

= 244,93 mm

Ta lấy: D = 245 mm

 

-Lượng dư cắt mép theo sách STTK khuôn trang 245 ta có:

d_n = 245 mm , H_d = 20mm ta có = 0,08

Tra bảng trang 245 STTK khuôn

= 2,5

– Tính số lần dập chi tiết.

Do đĩa phanh xe máy xét về cơ bản là 1 chi tiết hình côn.

Ta có:

= 0,3.67 = 20,1 mm > h = 20 mm

; Với D’ = 170mm – là đường kính phôi xét riêng cho phần dập hình côn.

Như vậy, chi tiết được xếp vào dạng chi tiết hình côn thấp với góc côn:

α = 36^o < 45^o

Theo đó, chi tiết được dập sau 1 nguyên công trong khuôn dập có chặn phôi.

5.1.2. Xác định lực dập công nghệ

• Xác định lực cắt hình

Lực cắt hình phụ thuộc vào kích thước của sản phẩm cắt hình, vào chiều dày và tinh chất của vật liệu ; khe hở giữa chày và cối ; hình dáng và trạng thái mép cắt của chày và cối. Công thức xác định theo :

P_c = k.L.s. ( kg )

Trong đó : k = 1,1¸1,3 là hệ số tính đến sự không đồng đều về chiều dày và tính chất của vật liệu, mép cắt bị mòn, chế tạo và lắp ghép khuôn không chính xác.

Chọn K=1,2

L – chu vi đường tròn dập cắt :

L = = 3,14.245 = 769,30 mm

S – chiều dày vật liệu :

S =3,5 mm

– Ứng suất cắt ; tra bảng 14 (CNDN – 50) = 31 KG/mm²

Lực cắt hình P_c = 1,2.769,30.3,5.31= 100162,86 Kg

• Xếp hình pha băng

Để dập tấm, việc chọn phôi nguyên thủy được thực hiện bằng cách phân tích kinh tế các phương án khai triển vật liệu và xác định phương án tối ưu.

Hệ số vật liệu được lấy theo tiêu chuẩn tối ưu

K­_i=

Trong đó :

M_đ – khối lượng thành phẩm(chi tiết), kg;

H – định mức tiêu hao vật liệu cho một sản phẩm ( chi tiết),kg

H=M/n_đ

Trong đó M – khối lượng đơn vị tờ, cuộn được dùng để dập tấm,kg; – số sản phẩm( chi tiết) thu được do khai triển vật liệu, chiếc

Ngoài ra, còn tính cả hệ số khai triển

K_p =

Trong đó – số các chi tiết dập từ một phôi gốc; – khối lượng phôi gốc

Với quy trình chế tạo chi tiết đĩa phanh xe máy, với các kích thước tính toán như sau:

Ta sử dụng phương pháp xếp hình một hàng, và tính toán hiệu suất sử dụng vật liệu đối với vật dập cắt là hình tròn.

Hình 5.1. Hình phân bố phôi cắt từ thép tấm

Hình 5.2. Khuôn cắt hình

Ta tính diện tích vật dập cắt:   F₀= = 0,785D²

Trong đó: D – Đường kính chi tiết dập D = 245mm

Vậy F₀= 0,785.245²= 47119,63 mm²

Chiều rộng của băng hay dải vật liệu:

B = D + 2C

Gia công áp lực, quy trình chế tạo phanh đĩa xe máy